[发明专利]一种单极磁体旋转超导耦合器

权利要求书

1.一种单极磁体旋转超导耦合器，其特征在于：所述耦合器由驱动永磁盘总成、从动导体盘总成和低温恒温装置组成，其中调节机构安装在驱动永磁盘总成上，从动导体盘置于低温恒温装置中；驱动永磁盘总成包括驱动框架、固定永磁体轭铁、固定永磁体、旋转永磁体、旋转永磁体轭铁、小齿轮轴、小锥齿轮、大锥齿轮套筒、驱动轴、键、拨块和拨块销；驱动框架左端面焊接有固定永磁体轭铁，固定永磁体粘结在固定永磁体轭铁表面且相邻两极之间留有轴向通孔用来安装可旋转的旋转永磁体及旋转永磁体轭铁，旋转永磁体和旋转永磁体轭铁被铝制的钣金包裹，小齿轮轴通过旋转永磁体轭铁及驱动框架径向上开有的圆形通孔安 装在驱动框架上，小齿轮轴上端与旋转永磁体轭铁固定且旋转永磁体和旋转永磁体轭铁绕小齿轮轴在驱动框架的轴向通孔中旋转，小齿轮轴下端与小锥齿轮固定连接，小锥齿轮左侧与大锥齿轮套筒啮合，同时驱动框架左侧通过键与驱动轴连接，驱动轴外侧套有大锥齿轮套筒，其中，与拨块固定连接的拨块销插入大锥齿轮套筒两侧的斜槽中及驱动轴的凹槽中；从动导体盘总成包括从动框架、超导 线圈、铜芯、导体盘轭铁、键和从动轴，从动框架开有若干扇形通槽用于安装超导线圈及其缠绕的铜芯，超导线圈及其缠绕的铜芯紧密压入槽中，从动框架与导体盘轭铁通过螺钉固定连接，并通过键与从动轴连接；低温恒温装置包括低温恒温器、恒温器盖和恒温器底座，从动导体盘总成置于低温恒温器中，低温恒温器左端通过螺钉与恒温器盖固定连接，下端安装在恒温器底座上，低温恒温器顶部开有低温通道和高温通道，低温通道与低温液氦箱连接，高温通道和液氦制冷器连接；驱动永磁盘总成作为驱动盘带 动从动导体盘总成转动，反之亦可；从动导体盘总成中安装有超导线圈，从动导体盘总成置于充满低温液氮的低温恒温器中，当超导线圈冷却到绝对零度时进入 超导状态时，在工作中会在表面产生感应电流形成一个电磁铁排斥永磁磁场，由于超导材料的隔磁特性会对磁力线产生排斥作用，磁场会集中通过超导线圈缠绕的铜芯和铜制的从动框架，通过部分隔磁产生聚磁效果，从而提高气隙中的磁场强度；同时利用超导材料的零电阻效应，大幅度提高了感应电流密度，从而提高了输出转矩，同时也减小了焦耳效应产生的热损耗，避免线圈过热熔化。

2.如权利要求 1 所述的一种单极磁体旋转超导耦合器，其特征在于：固定永磁体和旋转永磁体分别与固定永磁体轭铁和旋转永磁体轭铁的面积相同，驱动框架中的固定永磁体和旋转永磁体材料采用高性能永磁材料钕铁硼（NdFeB），轴向均匀磁化，二者的充磁方向相反且在圆周方向呈N、S极交替排列，其中旋转永磁体为N 极或S极；通槽的深度与铜芯轴向长度相同，超导线圈及其缠绕 的铜芯紧密压入槽中，槽的深度与铜芯轴向长度相同，超导线圈为Hi 型且缠绕 在铜芯表面，超导线圈材料采用汞钙铊氧化铜（HgTlCaCuO），具有最高的临界超导温度 139 K；在绕线过程中，铜芯安装在绕线台上作旋转运动，每匝线圈用两组Araldite型树脂浸泡。

3. 如权利要求 1 所述的一种单极磁体旋转超导耦合器，其特征在于：耦合器 有四种调速方式，第一种是轴向移动驱动永磁盘总成或从动导体盘总成，改变二者之间的气隙厚度，从而改变磁场密度实现调速；第二种是通过将旋转永磁体N极或者S极旋转一定角度，进而改变了永磁体盘与超导体盘之间的有效气隙厚度和正对面积以及永磁体排布方式，气隙磁密随之改变从而实现调速；第三种是同时改变驱动永磁盘总成和从动导体盘总成的轴向距离以及驱动永磁体盘总成中旋转永磁体旋转角度的复合调速；第四种是通过改变超导线圈的超导状态，能够改变磁力线的走向和聚磁程度，进而改变气隙磁密实现调速；通过单极永磁体 旋转调速，能够避免传统调速方式移动永磁体盘或超导体盘所需的巨大拉力，从而节省能量并延长了耦合器的使用寿命。

4. 如权利要求 3 所述的一种单极磁体旋转超导耦合器，其特征在于：旋转永磁体和旋转永磁体轭铁在 0°到 90°的范围内旋转，耦合器处于初始位置即旋转 角度为 0°时，永磁体盘和超导体盘完全正对，气隙厚度最小，输出速度和转矩最大；旋转角度为 90°时，永磁体盘和超导体盘正对面积最小且气隙厚度最大， 磁场密度最低，输出速度和转矩最小。